СДАТОЧНО-ПРИЕМОЧНЫЕ ИСПЫТАНИЯ

При приемке фундаментов из сборных элементов оценку качества производят на основании документов:

- проектов фундаментов и сборных элементов;

- паспортов заводов-изготовителей блоков бетонных стен подвала и плит железобетонных ленточных фундаментов;

- актов геодезической разбивки осей фундаментов;

- исполнительной документации расположения сборных фундаментов с указанием их отклонений в плане и по высоте;

- журналов монтажа фундаментных плит и блоков с инструментальной выверкой правильности расположения сборных элементов относительно разбивочных осей и отметок.

На основании данных документов устанавливается:

- пригодность фундамента из сборных элементов и соответствие их несущей способности проектным нагрузкам;

- необходимость усиления грунтов основания или дополнительного увеличения площади подошвы фундамента;

- необходимость подливки фундаментов до заданных отметок.

Приемка оформляется Актом.

 

 

ГЕОТЕХНИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ ВО ВРЕМЯ СТРОИТЕЛЬСТВА

Геотехнический мониторинг (геомониторинг) - система слежения за параметрами, характеризующими основания зданий или сооружений (т. е. геологической среды), которая обеспечивает безопасное и эффективное осуществление строительно-технологических процессов, ввод и последующую эксплуатацию зданий и сооружений.

Если проектируемые сооружения относительно невелики, а инженерно-геологические условия благоприятны, ошибки в расчетах оснований и определении характеристик грунтов могут не иметь большого значения, поскольку малые осадки оснований, не выходящие за рамки предельных величин (s <s_u), не могут нанести существенного ущерба зданиям.

Актуальность проведения геомониторинга обусловлена и тем, что в современное строительство все больше внедряется новая мощная техника по производству новых типов фундаментов и укреплению оснований.

Существуют многочисленные строительные ситуации, которые требуют обязательной организации и проведения геотехнического мониторинга. К ним относятся и работы по реконструкции зданий и сооружений. При этом увеличивается влияние технологических процессов на окружающие объекты.

 

Цели и задачи геомониторинга

Как правило, даже тщательно проработанный проект и опыт производственной организации еще не гарантируют абсолютного успеха при производстве работ. В процессе строительства, и в частности устройства оснований и фундаментов, возникает большое число дополнительных факторов, трудно поддающихся учету. К ним относятся неполное соответствие реальных геологических условий геологическому разрезу, полученному при изысканиях; технологические особенности производства работ; используемая строительная техника; нарушение технологических правил и многое другое.

Неблагоприятное влияние каждого из этих факторов или их сочетания может привести в дальнейшем к аварийным повреждениям конструкций строящегося или окружающих зданий.

Выявить развитие неблагоприятных тенденций при производстве геотехнических работ, возведении надземной части сооружения и в первый период его эксплуатации позволяют регулярные инструментальные наблюдения и оперативное управление ходом работ - геотехнический мониторинг. Результаты геомониторинга в ряде случаев позволяют обеспечить повышение достоверности расчетов оснований и массивов грунтов.

Целью геомониторинга является обеспечение высокого качества строительства и сохранности зданий и сооружений окружающей застройки.

Задача геомониторинга - регулярное отслеживание поведения основания строящегося сооружения и его конструкций, окружающих его зданий, а также принятие мер по обеспечению безопасного строительства и корректировки конструктивно-техноло-гических решений.

В зависимости от грунтовых и гидрогеологических условий площадки, массы и сложности возводимого сооружения, состояния конструкций окружающих зданий, применяемой технологии производства геотехнических работ определяется зона действия геомониторинга и намечается программа его проведения.

Программа мониторинга включает в себя методику, периодичность и сроки наблюдений, формы представления материалов мониторинга и возможные действия при возникновении неблагоприятных строительных ситуаций.

В состав геотехнического мониторинга в зависимости от инженерно-геологических условий площадки, размеров (массы) возводимых сооружений, наличия природных и техногенных геодинамических процессов в толще грунтов, специфических требований, вытекающих из особенностей проектируемых зданий и сооружений, включаются следующие виды измерений:

1) высотных отметок частей зданий и сооружений, позволяющих судить о величинах осадок оснований, кренов, прогибов, перекосов строительных конструкций;

2) оседания поверхности массивов грунтов в результате приложения нагрузки (подъем территории насыпным или намытым грунтом), просадки грунтов, вибрационных нагрузок от транспорта и строительных механизмов;

3) изменения напряженного состояния в массиве грунтов и конструкциях зданий и сооружений;

4) горизонтальных перемещений массивов грунтов, ограниченных склонами или откосами;

5) оседания и сдвигов поверхности массивов грунтов, подверженных подработке (строительство тоннелей, добыча полезных ископаемых «закрытым способом»);

6) уровня и степени минерализации подземных вод и состава веществ, растворенных в подземных водах;

7) оседания поверхности массивов горных пород, подвергающихся воздействию карстовых процессов, химической и механической суффозии дисперсных пород;

8) параметров колебаний сооружений при работе механизмов для погружения шпунтов, свай, рыхления мерзлых и скальных грунтов;

9) просадок, обусловленных оттаиванием массивов мерзлых пород.

Геотехнический мониторинг используется при внедрении новых технологических процессов, машин и механизмов, применяемых при устройстве оснований, апробации новых конструктивных схем зданий и сооружений. Он стал обязательным элементом организации и осуществления строительства при уплотнении городской застройки, являясь эффективным средством обеспечения экологической безопасности среды обитания, которая подвергается воздействию ряда производств, связанных с химической, нефтехимической, атомной промышленностью, свалками бытовых и технологических отходов, сточных вод, попадающих в геологическую среду.

Таким образом, в практике современного строительства и эксплуатации застроенных территорий геотехнический мониторинг позволяет разрешать частные и общие задачи прикладной механики грунтов, непосредственно связанные с фундаментост-роением. При этом существуют многочисленные строительные ситуации, которые требуют обязательного осуществления геотехнического мониторинга.

 

Организация и проведение геотехнического мониторинга

При строительстве уникальных и ответственных сооружений, таких как плотины, дамбы, гидро-, тепло- и атомные электростанции, сооружения башенного типа и др., относящихся к I и II классу ответственности, оборудование их оснований и конструкций контрольно-измерительной аппаратурой (КИА) является необходимым и обязательным мероприятием (Бугров А.К., 1999). В этих случаях используется контрольно-измерительная аппаратура механического и дистанционного типа.

К первому типу аппаратуры относятся деформационные марки и реперы для измерения осадок оснований и грунтовых сооружений, позволяющие измерять вертикальные и горизонтальные перемещения сооружений, поверхности основания около них, послойные перемещения грунтов. Для измерения положения кривой депрессии в теле земляных сооружений и толще оснований используются механические пьезометры.

Ко второму типу относится контрольно-измерительная электроаппаратура, состоящая из набора датчиков, соединительных и регистрационных устройств. В основании или на конструкциях сооружения размещаются датчики для измерения параметров контролируемых величин. К ним относятся датчики, динамометры и датчики для измерения напряжений в грунте и элементах конструкций, датчики порового давления в грунте, сейсмодатчики, тен-зометрические деформометры для измерения линейных деформаций, инклинометры для измерения осадок и горизонтальных перемещений грунтов и конструкций.

Следует отметить, что деформации в грунте, как правило, представляют собой вторичное явление и развиваются далеко не сразу после приложения нагрузкок. Поэтому в ряде случаев их измерения (в том числе измерение давления в поровой воде) позволяют принимать решения до того, как сооружение и его основание получили значительные перемещения (осадки, сдвиги, крены и т. п.).

В промышленном и гражданском строительстве наиболее широко проводятся наблюдения за развитием осадки зданий и сооружений, поверхности массивов грунтов, слежением за возникновением повреждений (трещин) в конструкцях, вызванных неравномерным развитием деформаций оснований, и т. п.

Основой мониторинга в указанных случаях служит наблюдательная сеть. Она включает опорные (неподвижные) реперы, а также деформационные марки, которые устанавливают на объектах строительства и в грунте (у поверхности массива или на разных глубинах).

При долговременных наблюдениях опорные реперы устраивают в буровых скважинах, которые пробуривают до коренных (плотных) грунтов и снабжают реперной трубой со сферической головкой. Грунтовые марки устраивают в шурфах, которые должны быть откопаны глубже уровня сезонного промерзания грунта. На дне шурфа устраивают железобетонную подушку (якорь), в которую заделывают реперную трубу (рис. 12).

Организация мониторинга выполняется по специальному проекту, проведение его осуществляется по программе. В проекте в зависимости от преследуемых задач определяются сеть деформационных марок, положение опорных реперов, в программе - периодичность наблюдений, форма представления результатов.

При проведении наблюдений за развитием осадки используют высокоточное оптическое нивелирование или системы гидравлических нивелиров.

 

Рис. 12. Схемы реперов и деформационных марок для мониторинга на площадках и объектах строительства: а - глубинный репер; б - грунтовый репер; в - скрытая деформационная марка; г - открытая марка; д - поверхностная марка; е-- глубинная фунтовая марка: I - головка марки; 2,3- реперная и защитные трубы; 4 - «якорь»; 5 - сальник; 6 - люк; 7 - резьбовая втулка в стене; 8 – винтовая съемная марка

 

Исходя из потребной точности измерений осадки (обычно ± 1 мм) наблюдения проводят по первому или второму классу, используя высокоточные приборы - самоустанавливающиеся прецизионные нивелиры и рейки со штриховой инварной полосой.

По результатам оптического нивелирования в каждом цикле измерений устанавливают абсолютную отметку деформационных марок, разность отметок марок между циклами, которая позволяет получить величину осадки; полную осадку каждой деформационной марки нарастающим итогом.

При обработке полученных данных устанавливают следующие характеристики: j - осадку отдельных точек; и s_mm - максимальную и минимальную осадки объекта (соответственно);

Для решения практических задач результаты наблюдений представляют в форме:

графиков развития осадки во времени, на которых показывают величины и осадки отдельных стен, рядов колонн, сооружения в целом.

Результаты наблюдений за развитием осадки позволяют:

а) принимать оперативное решение, которое направлено на предотвращение опасного развития осадки зданий (изменение технологии и организации строительства, изменение типа фундаментов, устройство усиления поврежденных конструкций, своевременное расселение аварийных жилых зданий и т. п.);

б) вносить коррективы в характеристики механических свойств грунтов, определенные при выполнении инженерно-геологических изысканий;

в) вносить коррективы в расчетные схемы оснований (например, назначение реальных размеров активной зоны);

г) получать параметры, позволяющие прогнозировать развитие осадки во времени, устанавливать время стабилизации осадки;

д) устанавливать предельно допустимые величины осадки зданий определенных типов;

е) уточнять влияние геодинамических процессов на развитие осадки оснований и повреждение конструкций зданий.

Таким образом, инструментальные наблюдения за развитием осадки позволяют обоснованно решать практические и теоретические вопросы, совершенствовать методы исследований свойств грунтов, расчета и проектирования фундаментов, технологию и организацию геотехнических работ.

 

Примеры использования геотехнического мониторинга

Геотехнический мониторинг сыграл большую историческую роль в развитии теории и практики механики грунтов и фундаментостроения. Благодаря натурным наблюдениям была доказана возможность использования теории упругости в расчетах оснований и фундаментов, уточнены методы расчета осадок и доказана их применимость на практике, уточнены методы определения характеристик механических свойств грунтов. Так, в 1934 г. проф. Н.А. Цытовичем был разработан метод эквивалентного слоя расчета осадок оснований зданий и сооружений. Для проверки правильности основных предпосылок в Ленинграде были организованы натурные наблюдения за осадкой нескольких однотипных зданий - четырехэтажных школ, которые в конце 30-х годов XX в. были построены в нескольких районах города на песчаных и глинистых грунтах. Одновременно были выполнены детальные инженерно-геологические изыскания, компрессионные испытания образцов грунтов, расчеты осадок фундаментов продольных несущих стен зданий разными методами. Полученные результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1

Результаты расчетов и наблюдений за развитием осадки четырех однотипных зданий - средних школ в Ленинграде в период 1939-1957 гг. (по Н.А. Цытовичу, А.Т. Иовчуку, С.Н. Сотникову)

№ объекта	Осадка, см, рассчитанная по методу	Осадка, рассчит. измер.	см. на период	Конечная осадка, см, (прогноз)	Коэффициент достоверности	Вид фунтов основания
Количество	Суммирования, Jp.2	1939-1940 гг.	1939-1965 гг.
	31,3	18,5	14,6	28,3	33,0	1,06	0.56	Глинистые
	37,3	25,4	16,8	29,0	32,0	0,86	1,3	Глинистые
	2,1	1.4	1,1	1,6	2,0	0,95	1,4	Песчаные
	2.4	1,9	1,5	1,6	2,1	0,87	1,1	Песчаные

Специалисты ЛИСИ вернулись к указанным объектам в 50-е годы и дополнили данные Н.А. Цытовича. Наблюдения показали, что метод эквивалентного слоя дает удовлетворительную сходимость для фундаментов площадью до 50 м².

В эти же годы возникли проблемы, связанные с переходом на сборные железобетонные фундаменты и строительством пятиэтажных крупнопанельных домов в районах Ленинграда, в которых широко распространены слабые грунты-торф, ленточные глины и т. п.

Б.И. Далматовым, А.Т. Иовчуком (ЛИСИ- СПб ГАСУ) и другими специалистами были выполнены наблюдения за осадками крупнопанельных домов на сборных фундаментах мелкого заложения. Эти наблюдения показали, что крупнопанельные дома с продольными несущими стенами при средней осадке от 20...30 см не получают опасных деформаций, а сборные ленточные фундаменты достаточно надежны, если они дополнены железобетонными поясами жесткости.

В начале 60-х годов массовое жилищное строительство в Ленинграде развивалось в периферийных районах городской территории, многие из которых обладали весьма неблагоприятными инженерно-геологическими условиями: имели низкие отметки, были подняты свалкой и намытым грунтом, суммарная величина толщи слабых грунтов превышала 30 м. Для застройки одного из таких районов северо-западной части Васильевского острова были специально спроектированы 9-12-этажные жилые крупнопанельные дома серии БС. Ожидая большие осадки, проектировщики института ЛенНИИпроект в проектах применили замену верхней толщи насыпного и намывного грунта песчаной подушкой, а также монолитные балки-стенки в подземном этаже, повышающие продольную жесткость зданий.

В этом строительном районе была организована опытная площадка, оборудованная сетью деформационных марок, позволивших выполнить в течение 15 лет наблюдения за осадкой поверхности территории, домов разной этажности, глубинных марок под зданиями и на удалении от них. Некоторые данные приведены на рис. 13 и рис.14.

Рис. 13. Эпюры осадки продольных стен 12-этажных домов. Средние осадки зданий к началу 90-х годов - 100 см, т. е. допустимые осадки по СНиП 2.02.01-83* превышены в пять раз

 

Рис. 14. График развития во времени грунтовых марок, установленных под плитой 12-этажного здания на глубинах 4.6; 11: 13: 20; 27 м ниже подошвы фундаментной плиты

 

Отметим некоторые показатели из полученных результатов, имевшие большое практическое значение:

1. Осадки 9-этажных домов достигли 60...70 см, 12-этажных 90... 100 см. Таких больших осадок до сих пор нигде не фиксировали.

2. Расчетная средняя осадка фундаментов домов, определенная при проектировании по методу суммирования, составила для 9-этажных домов 15 см, 12-этажных - 22 см, т. е. осадка была в 3 раза меньше фактической.

3. Ошибки в расчетах были вызваны тем, что активная зона основания по СНиП была назначена ошибочно. Фактически она была в три раза больше и достигала 30 м.

4. На развитие осадки оказало влияние давление от массы слоя намытого грунта.

Эти результаты показали, что строительство на такой территории и в аналогичных по инженерно-геологическим условиях районах города 9-этажных и более высоких домов на фундаментах мелкого заложения недопустимо. Этот вывод дал мощный импульс для развития свайных технологий. В 70-е годы стали использовать стыкованные забивные призматические сваи длиной до 32 м, позднее появились машины, позволяющие изготовлять буровые сваи различных длины и диаметра.

Довольно часто мониторинг организуют в тех случаях, когда здания получают недопустимые деформации из-за неравномерных осадок. Так, в 1959 г. в Ленинграде было закончено строительство 10-этажного здания гостиницы «Россия» с четырьмя 2-этажными пристройками.

Деформационные марки были установлены по всему периметру основного здания и пристроек, одновременно была выполнена высотная съемка. Результаты наблюдений показали, что поперечные стены пристроек получили крен до 0,05 в сторону высокой части здания за счет разности осадки, достигшей 35 см. Осадка развивалась в течение последующих 20 лет, достигнув (у высокого здания) 50 см. Этот случай потребовал детально решить вопрос о конструировании легких пристроек и их примыканий к высотным сооружениям.

Пример проведения мониторинга на промышленном объекте - наблюдения за опытным цилиндрическим резервуаром для хранения жидких нефтепродуктов объемом 20 тыс. м³, возводившимся на одной из нефтепромысловых площадок в Западной Сибири (Мангушев Р.А., Сотников С.Н., 1981). Характерной особенностью данной строительной площадки было наличие в основании большой толщи слабых водонасыщенных грунтов - заторфованных супесей и суглинков, залегающих до глубины 20 м и более.

Целью эксперимента являлось измерение напряжений и деформаций основания резервуара при его заполнении и опорожнении. Оборудование опытного резервуара включало (рис. 1.9): три связки термопар 1 для измерения послойного распределения температуры грунта в зимний период;

специально разработанные в ЛИСИ тензодатчики 2 для измерения контактных напряжений под днищем резервуара;

деформационные марки 3, установленные на стенках резервуара;

Рис. 1.14. Схема оборудования опытного резервуара измерительной аппаратурой и системами: 1 - термопары; 2 - пьезодатчики; 3 - деформационные марки; 4 - поверхностные грунтовые марки: 5 - нивелировочные марки на днище резервуара; б - устройство для измерения деформаций днища; 7 - прогибомеры и отвесы. 8 - глубинные реперы